[發明專利]一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法

有效

• 申請號: 202011281834.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112097669B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王列偉;朱明;陸海東;石崢映;吳國強;夏寶前;李陽;黃友群;李沛遙
• 申請（專利權）人: 南京派光智慧感知信息技術有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01C5/00
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 江冬萍

本發明公開了一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法，該方法包括隧道內安裝并級聯多臺激光掃描儀，對隧道多個橫向截面和縱向截面進行自動實時采樣；通過系統誤差修正算法去除機械抖動、激光器固有誤差和施工人員及設施影響，獲得準確的隧道截面曲線；通過曲線匹配算法，將截面曲線與基準曲線采用可配置窗口滑動比對，判斷隧道內是否發生掉塊、沉降以及收斂等隧道形變現象；通過位置聚類算法，計算出隧道三維模型內掉塊、沉降及收斂等形變的位置及其面積。

技術領域

本發明涉及隧道工程建設領域，尤其涉及一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法。

背景技術

隧道開挖施工過程中，需要對隧道周壁進行測量監控，及早發現可能存在的安全隱患，防止隧道出現形變、裂縫、漏水、塌方等安全事故。

現有技術中，主要是利用測繪器材全站儀進行人工監測，但是利用全站儀監測存在一些問題：第一，需要人工監測，監測數據的精準度與測量人員的技術水平有關；第二，全站儀反射點需要布置反射棱鏡，監測點間隔大；第三，每次測試耗時較長，需要預留較多時間；第四，測試時間受施工窗口限制，停工監測，無法對風險預警。

另外，隧道施工過程中，根據隧道結構安全等級，可以分為4個作業區域：掌子面區域、臺階區域、初支結構安裝區域和仰拱閉合區域。這四個區域中危險性最高的是掌子面區域的開挖作業，現有技術中難以在掌子面區域布置傳感器，風險性最高的區域則無法對隧道頂壁進行監測。臺階區域屬于隧道開挖過程中結構未穩定的區域，是隧道內表面變形最容易發生的區域，特別是剛開挖的階段，每日內面位移量能達到2mm～5mm，如果不對變形進行監測和控制，極容易導致損傷擴展誘發安全事故。初支結構安裝區域原本處于穩定狀態，但是該區域的初支結構重量是由下臥土層直接承力，如果下臥土層結構因為開挖振動，地下水系干擾導致改變，容易引發初支結構整體沉降，導致隧道結構出現破壞，因此初支結構安裝區域也應該進行監測。

對于仰拱閉合區域施工完成后，由于初支結構已形成了一個完整的環形截面，抗切向應力的能力大大提高，在這個階段初支結構內部的相對變形基本處于穩定階段，對實時監測需求已經不太急迫?？梢钥闯?，在建隧道施工過程中應該對前三個區域進行重點監測，確保隧道施工安全。

因此，可以看出，對隧道開挖建設過程中，需要根據建設進度的向前推進，能夠不斷對前向開挖的區域進行跟蹤監測，并且要能夠適應這種工程建設的進度，監測區域范圍要可以擴大調整，監測的準確度要高，以及監測的時效性要強等。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法，解決現有技術中隧道建設過程不能對隧道進行全程范圍內各區域的連續性、高精度和時效性強的監測。

為解決上述技術問題，本發明采用的一種基于激光測距的隧道內結構形變的監測方法,包括以下步驟：

S1將多臺激光掃描儀以一定間距安裝在隧道內壁或者隧道側面底部，實時測量多個隧道橫向截面和多段隧道縱向截面，多臺激光掃描儀通過光電復合線纜級聯方式相連接，能同時運行；

S2激光掃描儀通過自動旋轉結構，對橫向和縱向截面進行自動多點可配置采樣；

S3使用系統誤差修正算法去除機械抖動和激光器固有誤差，以及隧道中施工人員、施工車輛快速移動物體造成的影響，從而獲得修正后的隧道掃描數據；

S4通過截面曲線匹配算法，將截面曲線與基準截面曲線采用不同大小的窗口滑動比對，判斷隧道內是否發生掉塊、沉降以及收斂現象，并對多期采集的截面曲線綜合分析，判斷隧道掉塊、沉降以及收斂隨時間呈現的趨勢；

S5將橫向截面和縱向截面曲線重建隧道三維模型，通過位置匹配算法，計算出隧道內掉塊、沉降以及收斂形變位置及其面積，